岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 465-476.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0475

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不排水循环荷载下纤维加固砂土的超孔压及流动液化特性研究

张希栋1, 2,董晓强1, 2,段伟1, 2,胡顺磊1, 2,张豪儒1, 2   

  1. 1. 太原理工大学 土木工程学院,山西 太原 030024;2. 太原理工大学 山西省土木工程防灾与控制重点实验室,山西 太原 030024
  • 收稿日期:2023-04-17 接受日期:2023-04-17 出版日期:2024-02-11 发布日期:2024-02-07
  • 通讯作者: 董晓强,男,1974年生,博士,教授,主要从事岩土力学和环境岩土工程等方面的研究工作。E-mail: dongxiaoqiang@tyut.edu.cn
  • 作者简介:张希栋,男,1989年生,博士,讲师,主要从事砂土液化行为及纤维加固无黏性土的力学行为等方面的研究工作。 zhangxd123456@163.com
  • 基金资助:
    山西省科技厅基础研究计划青年科学研究项目(No. 20210302124110);中国博士后科学基金(No. 2022M712338);国家自然科学基金(No. 52208362,No. 52108332,No. 51978438,No. 52281340410)。

Evolution of excess pore pressure and flow liquefaction responses of fibre reinforced sand under undrained cyclic loading

ZHANG Xi-dong1, 2, DONG Xiao-qiang1, 2, DUAN Wei1, 2, HU Shun-lei1, 2, ZHANG Hao-ru1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China; 2. Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Control in Shanxi Province, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China
  • Received:2023-04-17 Accepted:2023-04-17 Online:2024-02-11 Published:2024-02-07
  • Supported by:
    This work was supported by the Fundamental Research Scheme of Science and Technology Committee in Shanxi Province for Young Scholar, China (20210302124110), the China Postdoctoral Science Foundation (2022M712338) and the National Natural Science Foundation of China (52208362, 52108332, 51978438, 52281340410).

摘要: 通过对纤维加固超疏松和疏松饱和砂土开展不排水动三轴试验,分析了其超孔压发展规律和流动液化特性。结果表明,未加固超疏松和疏松饱和砂土具有较高的液化势,其在不排水循环荷载下均发生流动液化。离散纤维向砂土骨架提供加密效应和约束效应,从而提高其抗流动液化特性,然而,纤维的约束效应受到加载路径和试样应变发展模式的显著影响。纤维加固改变了饱和砂土残余孔压的发展规律,当纤维向砂土骨架施加较强的约束效应时,试样的残余孔压发展呈倒L型,明显不同于未加固砂土的S型发展。在双向非对称和单向循环荷载下,纤维应力贡献较大,砂土骨架的有效应力在超孔压上升100%后远大于0,加固试样的强度损失低于11%,纤维阻止了液化的发生。

关键词: 纤维加固, 砂土, 流动液化, 超孔压, 强度损失, 有效应力

Abstract: By conducting undrained cyclic triaxial tests on fibre-reinforced very loose and loose saturated sand, we investigated the build-up of excess pore pressure and the flow liquefaction responses. The test results show that unreinforced very loose and loose saturated sand has a high potential for liquefaction, with flow liquefaction occurring in all unreinforced samples under undrained cyclic loading. The presence of fibre reinforcement has a positive impact on the resistance to flow liquefaction of sand. Fibres provide both a densifying effect and a confining effect to the sand skeleton. However, the confining effect of fibres depends on the loading path imposed on the samples and the deformation mode of the samples. The presence of fibres alters the evolution law of the residual excess pore pressure in saturated sand. When fibres impose a strong confining effect on the sand skeleton, the evolution of residual excess pore pressure along with the normalized loading cycles follows a curve with an ‘inverted L’ shape, being significantly different from an ‘S’ shape curve which is followed by the unreinforced sand. Under the two-way symmetrical and one-way cyclic loading, the significant fibre stress contribution is mobilized, leading to the effective stress of the sand skeleton being much greater than 0 after the 100% build-up of excess pore pressure. As a result, the strength loss of the reinforced sample remains below 11% and thus the fibres prevent liquefaction from developing.

Key words: fibre-reinforcement, sand, flow liquefaction, residual excess pore pressure, strength loss, effective stress

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